09_SenzoriAktuatori_Asinhroni motori

1

Senzori i Senzori i aktuatoriaktuatori

Senzori i aktuatori

Asinhroni motoriAsinhroni motori

2

1) Osnove asinhronih motora2) Konstrukcija asinhronih motora3) Princip rada asinhronih motora4) Modelovanje asinhronog motora5) Jednačine statorskog kola6) Jednačine rotorskog kola7) Naponske jednačine asinhronog motora8) Moment asinhronog motora9) Pojednostavljeni model asihronog motora10)Stacionarni režim rada motora11)Regulacija brzine okretanja asinhronog motora

Sadržaj predavanja

3

Osnove asinhronih motora

Danas najčešće Danas najčešće korišćenikorišćeni električki električki motormotor.. Princip rada Princip rada se se zasniva na indukcizasniva na indukcionom onom delovanju između statora delovanju između statora

i rotora (i rotora (obrtnom obrtnom magnetmagnetnom nom polju).polju). Asinhroni Asinhroni motor je motor je dobio dobio po tome po tome što brzina što brzina obrtnog obrtnog magnetmagnetnognog

polja i brzina rotora npolja i brzina rotora nisu isteisu iste, kao što je slučaj kod sinhronih , kao što je slučaj kod sinhronih motoramotora..

Rotor nije napajan strujom iz Rotor nije napajan strujom iz spoljnjegspoljnjeg izvora (što nije slučaj sa izvora (što nije slučaj sa sinhronim motorom).sinhronim motorom).

Struje se u rotoru induStruje se u rotoru indukuju obrtnim kuju obrtnim poljem statora.poljem statora. Zato se motor često naziva i indukciZato se motor često naziva i indukcioni oni motor.motor. Na taj način se postiže Na taj način se postiže pretvaranje pretvaranje električke energije u električke energije u

mehaničku bez električkih kontakata na rotirajućim delovimamehaničku bez električkih kontakata na rotirajućim delovima motoramotora..

4


Takav princip rada omogućuje jednostavnu, robusnu i jeftinu Takav princip rada omogućuje jednostavnu, robusnu i jeftinu konstrukciju konstrukciju asinhronih asinhronih motoramotora..

To su velike prednosti u odnosu na To su velike prednosti u odnosu na motore sa četkicamamotore sa četkicama.. Međutim, asinhroni Međutim, asinhroni motorimotori imaju značajan nedostatak - imaju značajan nedostatak - teško su teško su

upravljivi.upravljivi. Rotor asinhronog Rotor asinhronog motoramotora prirodno teži da se vrti brzinom prirodno teži da se vrti brzinom obrtnog obrtnog

magnetmagnetnognog polja koje proizvodi stator, pa je brzina polja koje proizvodi stator, pa je brzina okretanja okretanja motora motora izrazito izrazito zazavisna ovisna odd frekvencij frekvencijee izvora napajanja. izvora napajanja.

Da bi se bez velikih gubitaka energije menjala brzina Da bi se bez velikih gubitaka energije menjala brzina okretanja okretanja asinhronog asinhronog motora motora neophodno je neophodno je da se da se istovremeno menjaistovremeno menjajuju i i frekvencijfrekvencijaa i napon napajanja i napon napajanja motoramotora..

Ovo se ostvaruje pomoću frekvenOvo se ostvaruje pomoću frekventnogtnog pretvarača pretvarača

5


Svaka od ovih promena može se izvesti Svaka od ovih promena može se izvesti poposebno uz ne tako sebno uz ne tako velike troškove, ali obe zajedno zahtevaju uređaje čija je cena velike troškove, ali obe zajedno zahtevaju uređaje čija je cena relativno visoka u odnosu na cenu samog relativno visoka u odnosu na cenu samog motoramotora..

RazvojRazvojemem polu poluprovodničke tehnologijeprovodničke tehnologije omogućuje omogućuje se se izradizrada a jeftinijih uređaja za upravljanje jeftinijih uređaja za upravljanje AC motoraAC motora..

Zbog toga asinhroni motori imaju perspektivu u primenama i Zbog toga asinhroni motori imaju perspektivu u primenama i pogonimapogonima sa sa regulregulacijomacijom, gde su do sada primat imali , gde su do sada primat imali jednosmerni motorijednosmerni motori..

Do sada su se Do sada su se AC motoriAC motori (bilo sinhroni ili asinhroni) koristili (bilo sinhroni ili asinhroni) koristili uglavnom za specifične namene, uglavnom gde je primenauglavnom za specifične namene, uglavnom gde je primena jednosmernih jednosmernih neprikladna i nije dozvoljena zbog iskrenja na neprikladna i nije dozvoljena zbog iskrenja na kolektoru (npr. rad u zapaljivim i eksplozivnim sredinama).kolektoru (npr. rad u zapaljivim i eksplozivnim sredinama).

6


FrekvenFrekventni tni pretvaračpretvarač

7

Konstrukcija asinhronih motora

Asinhroni Asinhroni motori se motori se izrađuju izrađuju u viduu vidu jednofazni jednofaznihh, dvofazni, dvofaznihh, , trofaznitrofaznihh i višefazni i višefaznih motorah motora..

Najčešće se koriste trofazni asinhroni motori, koji se sastoje od Najčešće se koriste trofazni asinhroni motori, koji se sastoje od po tri fazna namotapo tri fazna namotajaja na statoru i rotoru. na statoru i rotoru.

Konstrukcija asinhronog motora prikazana je na slici.Konstrukcija asinhronog motora prikazana je na slici.

8

Konstrukcija asinhronih motora

Stator je napravljen u obliku šupljeg valjka od dinamo limova, a Stator je napravljen u obliku šupljeg valjka od dinamo limova, a uzduž valjka na unutuzduž valjka na unutrašnjoj rašnjoj strani nalaze se strani nalaze se mesta mesta u koje se u koje se stavlja trofazni namot.stavlja trofazni namot.

Kućište Kućište motora motora služi kao nosač i zaštita limova i namotasluži kao nosač i zaštita limova i namotajaja, a , a izrađuje se od livizrađuje se od liveenog nog gvožđagvožđa, čelika itd., čelika itd.

U sredini se nalaze ležU sredini se nalaze ležeći eći štitovi u obliku poklopca gde su štitovi u obliku poklopca gde su smešteni ležajevi za osovinu na kojoj se nalazi rotor.smešteni ležajevi za osovinu na kojoj se nalazi rotor.

Rotor je sastavljen slično kao i stator, a sastoji se od osovine i Rotor je sastavljen slično kao i stator, a sastoji se od osovine i rotorskog paketa.rotorskog paketa.

Rotorski paket je izveden u obliku valjka od dinamo limova, a u Rotorski paket je izveden u obliku valjka od dinamo limova, a u uzdužnom smeru na uzdužnom smeru na spoljašnjoj spoljašnjoj strani valjka nalaze se strani valjka nalaze se mestamesta za za smeštaj rotorskog namotasmeštaj rotorskog namotajaja..

9

Konstrukcija asinhronih motora Ako je rotorski namotAko je rotorski namotajaj izveden od štapova bakra, bron izveden od štapova bakra, bronzze ili e ili

aluminijaluminijumuma, koji su sa, koji su saa obe strane prstenima kratko spojeni i liči obe strane prstenima kratko spojeni i liči na kavez, tada je to kavezni asinna kavez, tada je to kavezni asinhhroni motorroni motor. Ili . Ili ako je rotorski ako je rotorski namotnamotajaj izveden kao i statorski tada je to klizno kolutni asin izveden kao i statorski tada je to klizno kolutni asinhhroni roni motor.motor.

10

Konstrukcija asinhronih motora Kavezni asinhroni motorKavezni asinhroni motor

stator sa trofaznim simetrično raspoređenim namotajemstator sa trofaznim simetrično raspoređenim namotajem

11

Princip rada asinhronih motora Priključivanjem statorskog primarnog namotaPriključivanjem statorskog primarnog namotajaja na na AC AC

trofaznu mrežu kroz trofazni namottrofaznu mrežu kroz trofazni namotajaj prote proteććiće trofazna iće trofazna AC AC struja stvarajući struja stvarajući obrtno obrtno magnetmagnetnognog polje koje rotira polje koje rotira sinhronom brzinom ns i zatvara se kroz stator i rotorski sinhronom brzinom ns i zatvara se kroz stator i rotorski sekundarni namot.sekundarni namot.

OObrtnobrtno magnet magnetnono polje indu polje indukujekuje u u rotoru i tako indukuje rotoru i tako indukuje rotorske strujerotorske struje..

Interakcijom struja rotora i oInterakcijom struja rotora i obrtnog brtnog mag. polja stvara se sila mag. polja stvara se sila na koja na koja ookreće rotor u smeru okreće rotor u smeru obbretnog magnetretnog magnetnog nog polja.polja.

fx - frekvencija struja,p - broj pari polova statorskog namota motora.

12

Princip rada asinhronih motora Smer Smer okretanja obrtnog mokretanja obrtnog magnetagnetnog nog polja i smer kretanja polja i smer kretanja

rotora su isti. rotora su isti. Za pZa promenromenu u smersmeraa okretanja rotora, treba okretanja rotora, treba promeniti smer okretanja promeniti smer okretanja obrtnog obrtnog magnetmagnetnognog fliksafliksa zamenom dvzamenom dveeju faza.ju faza.

Brzina rotora uvek je manja od sinhrone brzine kojom se Brzina rotora uvek je manja od sinhrone brzine kojom se okreće okreće obrtno obrtno magnetmagnetno no polje i polje i zazavisna je ovisna je odd teretu na teretu na motoru. Rotor ne može nikada postići sinhronu brzinu motoru. Rotor ne može nikada postići sinhronu brzinu okretanjaokretanja, a kad bi rotor postigao sinhronu brzinu, ne bi više , a kad bi rotor postigao sinhronu brzinu, ne bi više bilo razlike brzina bilo razlike brzina obrtnog obrtnog magnetmagnetnog fluksanog fluksa i rotora i ne bi i rotora i ne bi postojalo presecanje namotapostojalo presecanje namotajaja rotora magnet rotora magnetnim linijamanim linijama Zbog toga se ne bi u rotorskom namotuZbog toga se ne bi u rotorskom namotujuju indu indukovalakovala EMS i EMS i ne bi bilo delovanja mehaničkih sila, te se ne može stvoriti ne bi bilo delovanja mehaničkih sila, te se ne može stvoriti moment za rotaciju.moment za rotaciju.

Rotor se uvek okreće asinhrono, po čemu je ovaj Rotor se uvek okreće asinhrono, po čemu je ovaj motormotor i i dobio svoje ime.dobio svoje ime.

13

U nastavku se izvodi pojednostavljeni matematički model U nastavku se izvodi pojednostavljeni matematički model trotrofaznog simetričnog asinhronog motora za dinamičke faznog simetričnog asinhronog motora za dinamičke uusloveslove..

Modelovanje asinhronog motora

14

Konstrukcija asinhronih motoraObjašnjenje oznaka na slici α - ugaona koordinata u odnosu na centar 1. namotaj statora

(proizvoljni ugao posmatranja jačine magnetnog polja) vektor magnetnog polja 1. faze statora je u α=0°, vektor magnetnog polja 2. faze statora je u a=120°, vektor magnetnog polja 3. faze statora je u a=240°.

β - ugaona koordinata u odnosu na centar 1. namotaja rotora. ε - ugao zaokreta rotora prema statoru. ωr(t)=dε/dt - ugaona brzina rotora. h – vazdušni procep između statora i rotora. γ =120° - ugao između dve susednih faze statora, odnosno

rotora. is(t) - vektor struja statora. ξ - ugao vektora struja statora prema centru namotaja prve faze

statora.

15

Modelovanje asinhronog motoraPretpostavke:Pretpostavke: Sve 3 faze simetrične.Sve 3 faze simetrične. Motor je dvopolni (svaka faza 2 pola - za višepolne motore Motor je dvopolni (svaka faza 2 pola - za višepolne motore

potrebno je korigpotrebno je korigovatiovati sinhronu brzinu). sinhronu brzinu). PermPermaabilnost statora beskonačna (stator izveden od bilnost statora beskonačna (stator izveden od

aalluuminiminijumskihjumskih limova) limova) PermPermaabilnost rotora beskonačna.bilnost rotora beskonačna. Zanemarivo zasićenje krive magnetizZanemarivo zasićenje krive magnetizacijeacije i ut i utiicajcajaa vrtložnih vrtložnih

struja.struja. Širina Širina vazdušnog procepavazdušnog procepa između statora i rotora konstantna između statora i rotora konstantna

po celom obodu rotora.po celom obodu rotora. Aktivni dAktivni deeo rotora i statora paralelan je osi rotacije.o rotora i statora paralelan je osi rotacije. NamotNamotajaji statora spojeni u zvezdu (si statora spojeni u zvezdu (saa izol izolovanimovanim zvezdištem). zvezdištem). NamotiNamotijiji rotora su kratko spojeni. rotora su kratko spojeni.

16

Jednačine statorskog kola Suma trenutnih vrednosti struja statora je

Iznos ukupnog vektora magnetnog fluksa statora pod uglom α iznosi:

gde su: Ns- broj namotaja statora po fazi, γ - prostorni ugao između faza.

17

Jednačine rotorskog kola Jednačina magnetnog polja rotorskog kola:

Uvođenjem kompleksnog vektora struja, rotorsko magnetsko polje poprima oblik:

Delovanje rotorskog magnetnog polja na stator - prelaz iz rotorskog u statorski koordinatni sistem (β = α - ε):

18

Naponske jednačine asinhronog motora Ulančeni tokovi statora i rotora koriste se u naponskim

jednačinama asinhronog motora. Tim jednačinama opisuje se šemom statorskih i rotorskih

namotaja.

19

Naponske jednačine namotaja statora:

Kombinovanjem gornjih izraza dobija se

Naponske jednačine asinhronog motora

20

Ako se uzme u obzir da je dε/dt=ω, prethodna jednačina poprima oblik:

Treći član na levoj strani jednačine predstavlja indukovani napon u statoru prouzrokovan vremenskom promenom vektora rotorskih struja, koji je u koordinatnom sistemu statora okrenut za ugao ε.

Četvrti član predstavlja indukovani napon u statoru prouzrokovan okretanjem rotora strujom rotora ir

Budući da se u jednačinama mehaničkog kretanja pojavljuje moment motora i taj je moment potrebno izraziti preko već uvedenih veličina za struje, napone i parametre stroja.

Naponske jednačine asinhronog motora

21

Moment asinhronog motora Moment proizvodi obrtno okretanje motora, a računa se kao

posledica delovanja sila između statora i rotora. Ove sile nastaju međusobnim delovanjem magnetnog polja

statora i rotorskih struja. Statorska struja u vazdušnom procepu uz sam rotor indukciju:

Izraz za indukciju izražen u koordinatnom sistemu rotora glasi:

Za računanje momenta koristi se funkcija strujnih obloga, odnosno struja po jedinici obodne dužine rotora, odnosno statora.

22

Pojednostavljeni model asihronog motora

Induktivnost statora i rotora i njihova međuinduktivnost povezani su sa glavnim induktivnostima i koeficijentima rasipanjja izrazima:

U slučaju (Ns=Nr) jednake su i glavne induktivnosti statora i rotora:

pa izrazi za induktivnosti statora i rotora glase:

23


Pojednostavljeni opis asinhronogmotora glasi:

Ovaj matematički model važi za proizvoljne oblike struja, napona i momenata tereta.

Svakoj od vektorskih promenljivi u izrazima odgovaraju dve skalarne jednačine, jer su promenljive dvodimenzionalni vektori.

24


Trenutne vrednosti struja mogu se dobiti iz vektorskog prikaza uz γ=120º:

Iz ovog izraza sledi:

25

Stacionarni režim rada motora Sistem jednačina asinhronog motora (naponske i momentne)

predstavlja temeljne relacije za istraživanje dinamičkih pojava i stacionarnih stanja u motoru.

Sinusni simetrični trofazni sistem napona napajanja kružne frekvencije ω1 sa efektivnom vrednošću faznog napona Us može se napisati

26

Regulacija brzine okretanja asinhronog motora

Brzina okretanja asinhronog motora zavisi od frekvencije mreže koja određuje sinhronu brzinu okretanja. Za ovu brzinu važi izraz:

gde su: f2= Sf1 – frekvencija klizanja, odnosno frekvencija struja u rotoru [Hz], pm – broj pari polova motora.

Promena brzine okretanja promenom klizanja i frekvencije izvodi se na nekoliko različitih načina: promenom napona statora, impulsnom promenom rotorskog otpora, pretvaračem sa međukolima u rotorskom kolu, promenom frekvencije statorskog napona.

27


Promenom napona statora Us menja se prekretni moment Mp, a uz konstantni moment tereta i klizanje S, njime se menja i brzina okretanja asinhronog motora.

28


Trofazni pretvarač napona 2, izveden pomoću antiparalelnog spoja tiristora, napaja stator asinhronog motora 1 naponom konstantne frekvencije f1, a promenjive efektivne vrednosti.

Budući da je moment asinhronog motora proporcionalan kvadratu napona statora, a prekretno klizanje ne zavisi od napona statora, karakteristike imaju oblik prikazan na slici, uz normirane veličine napona, momenta i brzine vrtnje.

Vidljivo je da za normirani napon Us/Usn=0.6, normirani prekretni moment iznosi M/M =0.36.

Zavisno od momentu tereta Mt mijenja se klizanje, a time i brzina okretanja Ω.

U idealnom praznom hodu (M=0), nema nikakve promene brzine okretanja, pa se asinhroni motor vrti sinhronom brzinom.

29

Sa otporima Rr1 i Rr2 područje promene brzine okretanja je 2.6 puta veća nego sa otporom Rr1.

Promena brzine okretanja promenom napona statora moguća je uz značajne gubitke, jer se energija velikim delom troši na rotorskim otporima.

Zbog toga se ovakav spoj koristi samo za motore malih snaga, ili za motore većih snaga ako kratko vreme rade uz snižene brzine okretanja.


30

Klizanje asinhronog motora moguće je također mijenjati promjenama rotorskog otpora uz konstantan napon statora.

1. Asinhroni stroj2. Diodni ispravljač3. Ispravljački pretvarač za impulsno uključenje otpora.


31

Primer: moderna električka lokomotiva Klizanje asinhronog motora moguće je menjati promenama

rotorskog otpora uz konstantan napon statora.

Documents

09_SenzoriAktuatori_Asinhroni motori